CMS Masterclass 2017

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1 CMS Masterclass 2017

2 ! Oggi sarete ricercatori Nelle MasterClass, vengono messi a disposizione degli studenti: i dati realmente raccolti dall esperimento CMS Alcuni degli strumenti per analizzarli realmente usati nell esperimento Farete delle misure di Fisica di base con tecniche simili a quelle usate dai ricercatori che collaborano al CERN con l esperimento CMS

3 !! Il layout generico di un esperimento di alte energie Dei cilindri di rivelatore circondano il tubo attraversato dal fascio di protoni Dall interno all esterno... Tracciatore (traiettoria particelle cariche) Calorimetro Elettromagnetico (energia elettroni e fotoni) Calorimentro Adronico (energia adroni) Magnete* (curva le partcielle cariche: misura di P T e carica) Rivelatori per Muoni (identificano i muoni) I rivelatori sono il cuore dell esperimento * La posizione del magnete dipende dall esperimento specifico

4 Organizzare i rivelatori CMS come esempio generale graphics/cms_slice_elab.swf! Davide Piccolo - 4!

5 Le collisioni dei protoni Se ogni protone ha energia di 6.5 TeV.. Energia totale della collisione 2 x 6.5 TeV = 13 TeV. Ma.. Ciascun costituente del protone porta solo una parte di energia Cosi l energia della nuova particella creata e minore di 13 TeV

6 Decadimento delle nuove particelle Le colisioni creano nuove particelle che rapidamente decadono. Le particelle che decadono produnono sempre particelle piu leggere Le leggi di conservazione ci aiutano a regolare i possibili modi di decadimento. Conoscete alcune leggi di conservazione? film

7 Eventi di fondo Spesso nella collisione non vengono prodotte nuove particelle ma semplicemente i quarks o I gluoni vengono espulsi dal protone. Siccome I quark non possono esistere isolati, essi producono dei nuovi adroni leggeri che schizzano fuori sotto forma di getti. Al getto possono appartenere anche elettroni o muoni. Tecniche di ricostruzione dell evento permettono di capire se il getto sia di interesse o meno.

8 I bosoni W e Z Sono le particelle scoperte da Rubbia e mediano l interazione debole: W + boson, elettricamente carico positivamente W - boson, elettricamente carico negativamente Z boson Neutro. Essi decadono rapidamente in particelle che possiamo rivelare nei nostri rivelatori

9 Il bosone di Higgs Decadimento in 4 leptoni! Decadimento in 2 fotoni!

10 I decadimenti dei bosoni W, Z e H Siccome I bosoni Z e W decadono subito, essi non possono essere rivelati direttamente in CMS. CMS puo pero rilevare : elettroni muoni fotoni CMS non rivela direttamente i neutrini.. MA.. Puo inferirne la presenza tramite energia mancante

11 Gli strumenti: ispy-online

12 I vostri compiti Sapete riconoscere un elettrone da un muone? Valutate negli eventi che analizzerete il rapporto e/µ (numero eventi con elettroni/ numero eventi con muoni)

13 I vostri compiti Riuscite a distinguere una Z da una W? La Z e elettricamente neutra decade quindi in due particelle: una + e una -! La W e carica + o e quindi decade in una particella con la stessa carica! della W che la produce + un neutrino (neutro)!

14 I vostri compiti Riuscite a calcolare il rapporto W+/W-? Prendete la tangente alla traiettoria! Nel punto di interazione.!! Se la traiettoria curva..! in senso orario: carica positiva! in senso anti-orario: carica negativa!!!

15 I vostri compiti Facciamo un plot di massa Conoscendo quantita di moto delle! Particelle prodotte, si puo calcolare! La massa di quella iniziale.!!

16 I vostri compiti Riusciamo ad identificare eventi Higgs à ZZ? Z à e+e- Z à µ+µ- Cercate eventi con 4 leptoni (e o μ)! Le coppie di e o di μ devono avere! cariche opposte!

17 I vostri compiti Riusciamo a identificare eventi Higgs à γγ? Quali rivelatori ci dicono che ho trovato un fotone? Cosa dobbiamo vedere e cosa non?

18 L analisi degli eventi

19 Istogrammi di massa e risultati

20 Ed ora tocca a voi! Per fare questo mestiere ci vuole: - Passione - Attenzione e sistematicita - Fantasia e intuitivita Organizzatevi in 4 gruppi di 3 persone - Ogni gruppo analizza 100 eventi - Discutete tra di voi prima di prendere la decisione - Consultateci laddove avete dubbi Alla fine preparate una breve presentazione in cui mostrate i risultati e provate a rispondere alle domande di seguito - Al termine metteremo tutti I risultati assieme e ne discuteremo

21 domande! Quale e il rapporto e/µ? Cosa vi sareste aspettati? Quale e il rapporto W + /W -? Cosa vi sareste aspettati Quanti picchi di massa vedete? A che valori? Quale e la massa del bosone Z? Quale e la massa del bosone di Higgs? Vi attendete piu eventi con le W o con le Z? Perche?